斜拉桥的结构体系及特点

斜拉桥结构体系及特点

斜拉桥亦称矮塔斜拉桥, 其构造特点是在连续梁中支点处设置矮索塔, 其塔高只有斜拉桥索塔高度的一半左右, 斜拉索通过矮索塔上设置的鞍座对主梁产生竖向支反力和水平压力。部分斜拉桥主梁自身刚度较大, 能够承担大部分荷载效应, 斜拉索对主梁只起到一定程度的帮扶作用。斜拉桥是介于斜拉桥和连续梁桥之间的一种新桥型, 兼具斜拉桥和连续梁桥的双重结构特征。

斜拉桥是由上部结构索、塔、梁三种基本构件和下部结构墩台、基础组成的结构体系, 影响部分斜拉桥结构各部分荷载效应最根本的因素是梁、塔、墩之间的结合方式, 不同的结合方式产生不同的结构体系。根据部分斜拉桥结构自身的特点和梁、塔、索、墩的结合方式, 可将部分斜拉桥结构体系划分为三种型式: (1) 塔梁固结体系; (2) 支承体系; (3) 刚构体系, 见图1 所示。（4）半漂浮体系，见图2所示。

（1）塔梁固结体系及特点

塔梁固结、塔墩分离、梁底设支座支承在桥墩上, 斜拉索为弹性支承, 这是一种完全的主梁具有弹性支承的连续梁结构。这种体系必须有一个固定支座, 一般是一个塔柱处梁底支座固定, 而其他支座可纵向活动。这种体系的主要优点是取消了承受很大弯矩的梁下塔柱部分, 代之以一般桥墩, 中央段的轴向拉力较小, 梁身受力也很均匀, 整体温度变化对这种体系影响较小, 几乎可以略去。这种体系结构整体刚度小, 当中跨满载时, 由于主梁在墩顶处的转角位移导致塔柱倾斜, 使塔顶产生较大的水平位移, 因而显著增大了主梁的跨中挠度。上部结构重力和活载反力需经支座传递到桥墩, 因此需设置大吨位支座。

我国的漳州战备桥、小西湖黄河大桥、离石高架桥; 日本的蟹泽桥、士狩大桥、木曾川桥、揖斐川桥、新唐柜大桥均采用这种体系。已建部分斜拉桥采用这种结构体系较多, 与连梁体系相同, 符合部分斜拉桥的概念含义。塔梁固结体系的特点：塔、墩内力最小，温变内力也小，主梁边跨负弯矩较大。

（2）支承体系及特点

塔墩固结、塔梁分离, 主梁在塔墩上设置竖向支承, 支座均为活动支座, 这种体系接近主梁具有弹性支承的连续梁结构。支承体系与梁塔固结体系主梁受力性能基本相同, 塔墩底部承受较大的弯矩。

我国芜湖长江大桥采用的是支承体系, 该体系在部分斜拉桥结构中较少采用。支承体系的特点：支承体系悬臂施工中不需要额外设置临时支点，施工较方便。

（3）刚构体系及特点

梁塔墩三向互为固结, 这是一种完全的主梁具有弹性支承的连续刚构结构。这种体系的优点是结构刚度大, 主梁和塔柱的挠度及变形均较小, 不需要支座, 施工时也不需临时固结措施, 最适合采用悬臂法施工。缺点是固结处主梁负弯矩大, 温度变化对这种体系影响敏感, 梁下桥墩高度不宜过小。刚构体系动力性能差, 体系用于地震区及风荷载较大的地区时, 应认真进行动力分析研究。

日本的都田川桥、又喜纳木桥和我国的同安银湖大桥都是单塔双跨部分斜拉桥, 均采用刚构体系;日本的屋代南桥、屋代北桥、冲原桥、小田原港桥、保津桥、新名西桥等都是双塔三跨部分斜拉桥, 也都采用刚构体系。刚构体系是部分斜拉桥采用较多的结构形式。刚构体系特点：免除大型支座设置，满足悬臂施工的稳定性要求，结构整体刚度大，主梁挠度小；但主梁固结处弯矩大。

（4）半漂浮体系及特点

半漂浮体系在塔墩处可以是一个固定支座，三个活动支座；也可以是四个活动支座。一般均设活动支座，以避免由于不对称约束而导致不均衡温度变位；也可以不设支座而在全飘浮体系设置。号索的基础上，在塔和主梁间设置纵向阻尼器、弹性索等纵向限位装置。半漂浮体系的特点：受力较匀称、有足够刚度、抗风抗震性能好、主梁可采用等截面以简化施工。

图2 结构体系